汽車底盤測功機的組成和工作原理
驅(qū)動輪輸出功率或牽引力的檢測俗稱底盤測功機。是在滾筒試驗臺上進行的,一般稱為底盤測功機。測功機試驗臺以壓路機為運動路面,用加載裝置模擬汽車行駛情況,測量汽車驅(qū)動輪在各種速度下的驅(qū)動功率、傳動系統(tǒng)阻力和油耗。目前,所有的汽車檢測站都使用測功機。其結(jié)構(gòu)主要包括:滾輪裝置、加載裝置、測量裝置等。
(1)滾輪裝置。
支撐汽車兩個驅(qū)動輪的滾輪分別為雙滾輪,其結(jié)構(gòu)為。滾筒通常由鋼制成,并具有中空結(jié)構(gòu)。輥子表面光滑、有滾花或涂層。目前有最光滑的滾筒。因為光滑的輥面摩擦系數(shù)低,所以在光滑的輥面上涂一層漆是比較理想的形式。
鼓的直徑一般在186-400mm之間,隨著測試速度的提高而增大。據(jù)有關(guān)資料顯示,在高試驗速度下,輪胎的滾動阻力往往達到傳遞功率的15% ~ 20%。當鼓直徑過小時,長時間高速運轉(zhuǎn)會使輪胎溫度升高,胎面達到臨界溫度,導(dǎo)致早期損壞。因此,當試驗速度達到200km/h時,滾輪的直徑不應(yīng)小于350 mm
(2)加載裝置。
在滾筒試驗臺上測試汽車的性能時,需要模擬汽車在道路上行駛時的各種阻力。汽車在道路上行駛時,會遇到以下阻力:汽車傳動系統(tǒng)
阻力、車輪滾動阻力、空氣阻力和加速阻力等。汽車在試驗臺架上進行試驗時,它所受到的阻力包括汽車傳動系統(tǒng)的阻力、試驗臺架傳動機構(gòu)的阻力和車輪與滾輪之間的接觸阻力。兩者之和并不相等,前者大于后者。這樣就必須要有加載裝置,使試驗臺上的受力和路上的受力是一樣的。液壓、電動或機械測功機可用作轉(zhuǎn)鼓試驗臺的加載裝置和測功機。
汽車維修行業(yè)使用的滾筒試驗臺經(jīng)常使用電渦流測功機。電渦流測功機具有測量精度高、振動小、結(jié)構(gòu)簡單、速度范圍寬等優(yōu)點。測功機主要由定子和轉(zhuǎn)子組成。轉(zhuǎn)子周圍設(shè)有勵磁線圈,轉(zhuǎn)子的軸與試驗臺的驅(qū)動鼓相連,齒輪形轉(zhuǎn)子盤在勵磁線圈中轉(zhuǎn)動。當勵磁線圈用直流電激勵時,就形成了磁場。隨著齒輪形轉(zhuǎn)子盤的轉(zhuǎn)動,磁通量不斷增加和減少,從而在定子中產(chǎn)生渦流。渦流在轉(zhuǎn)子盤上產(chǎn)生制動磁場,從而對驅(qū)動滾筒產(chǎn)生一定的阻力矩。阻力矩吸收汽車驅(qū)動輪上的動力,并對滾輪加載。
(3)測量裝置。
測量裝置包括力測量裝置、速度測量裝置和功率指示裝置。由于電渦流測功機不能直接測量汽車驅(qū)動輪的輸出功率,需要測量旋轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)速和扭矩,或者直線運動時的速度和牽引力,再換算成其功率值,所以測功機必須配有測力裝置和測速裝置。同時,在測試汽車的加速性能、滑行性能、油耗時,試驗臺必須準確指示其速度,還需要有測速裝置。
力測量裝置
測得的是輥軸上的扭矩,經(jīng)過變換,得到作用在驅(qū)動輪上的切向力。當測功機的定子對其轉(zhuǎn)子施加制動作用時,定子本身受到大小相等方向相反的反作用力矩。由于定子可以擺動,扭矩通過一定長度的杠桿臂從定子傳遞到測力裝置,然后由儀表指示其數(shù)值。測力裝置包括液壓測力裝置、機械測力裝置和電力測力裝置。
汽車的功率是不能用測功機直接測出來的,但是可以根據(jù)測得的扭矩和對應(yīng)的速度計算出來。另外,汽車的速度也需要根據(jù)轉(zhuǎn)速進行換算。一般來說,速度測量裝置是電氣的,由一個測速發(fā)電機和一個毫伏電壓表組成。毫伏電壓表的刻度為r/min和km/h,DC發(fā)生器的電壓與轉(zhuǎn)速成正比的測速裝置,精度在2%左右,易受溫度影響。然而,使用交流發(fā)電機電壓的速度測量裝置具有大約1%的高精度,其被廣泛使用。
功率標度測力計的指示值多為牛頓單位力,即汽車驅(qū)動輪上的牽引力。此時,根據(jù)牽引力及其對應(yīng)的速度計算出汽車驅(qū)動輪的功率。
(5)輔助設(shè)備
拿起
為了便于被測車輛進出底盤測功機,在主滾輪和輔助滾輪之間安裝了升降裝置。提升裝置有氣動、液壓和電動三種,其中氣動提升裝置較為常見。
冷空氣裝置
底盤測功機一般在車前到散熱器處裝有移動式冷卻裝置,以加強汽車測試時發(fā)動機的冷卻。
底盤測功機的工作原理
以電渦流底盤測功機為例,說明驅(qū)動輪輸出功率的檢測原理。
測量功率時,將汽車驅(qū)動輪置于滾筒之間,汽車驅(qū)動輪帶動滾筒轉(zhuǎn)動。與轉(zhuǎn)子試驗臺的驅(qū)動鼓相連,此時轉(zhuǎn)子也轉(zhuǎn)動。與轉(zhuǎn)子同軸的浮動定子裝有勵磁繞組。當沒有電流流過勵磁繞組時,轉(zhuǎn)子不受制動轉(zhuǎn)矩的影響。
當勵磁繞組通直流電時,產(chǎn)生磁場,轉(zhuǎn)子切割磁力線,感應(yīng)出渦流。渦流與勵磁線圈磁場的相互作用使轉(zhuǎn)子以一定的制動力矩旋轉(zhuǎn)。汽車驅(qū)動輪通過滾子帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時,需要克服這種渦流制動力矩,消耗能量。通過調(diào)節(jié)勵磁線圈的電流,可以改變磁場和渦流的強度,從而改變驅(qū)動輪的負載。
當測功機轉(zhuǎn)鼓穩(wěn)定轉(zhuǎn)動,勵磁線圈通上一定電流時,加載轉(zhuǎn)鼓的制動力矩等于驅(qū)動輪對轉(zhuǎn)鼓的驅(qū)動力矩。根據(jù)作用力和反作用力原理,測功機定子繞主軸擺動的電扭矩等于其制動扭矩。
因此,只要測量定子承受的電磁轉(zhuǎn)矩,就可以得到驅(qū)動輪對滾筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。定子所承受的電磁轉(zhuǎn)矩的測量可以通過具有一定長度的測力計和安裝在其端部下方的驅(qū)動力傳感器來進行。測力時,作用在定子上的電磁光力矩使浮殼繞主軸擺動,帶動測力杠桿作用在其傳感器上,輸出電信號。
很明顯,力和杠桿長度的乘積就是定子上電磁轉(zhuǎn)矩的值,也就是驅(qū)動輪對卷筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。當轉(zhuǎn)子被滾筒帶動旋轉(zhuǎn)時,由于轉(zhuǎn)子的外圓加工有均勻分布的齒和槽,通過齒頂和槽的磁通呈周期性變化,從而可以得到滾筒的轉(zhuǎn)速信號。將底盤輸出功率(kW)、驅(qū)動力(N)和車速(km/h)的測量值同時輸入計算機系統(tǒng)進行處理和運算后即可顯示出來。
通過改變電渦流測功機的負載,可以模擬汽車在道路上行駛的各種阻力,從而測量各種速度下驅(qū)動輪的輸出功率和驅(qū)動力。但在實際測試中,汽車發(fā)動機在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速下的最大功率點和最大扭矩點所對應(yīng)的汽車底盤輸出功率和驅(qū)動力是應(yīng)用最廣泛的,因為它們可以用來評價汽車和發(fā)動機的動力性能。
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